Réalisé par : Marianne Merrien, Léa Lebon, Rachel Gence et Naïma Joussa

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1 Réalisé par : Marianne Merrien, Léa Lebon, Rachel Gence et Naïma Joussa Année scolaire

2 Table des matières EN QUOI UNE VOITURE A ESSENCE POLLUE?... 3 COMPOSANT RELACHE PAR UN MOTEUR A ESSENCE Le gaz issu du pot d échappement D où vient ce dégagement de CO2?... 5 L IMPACT DU CO2 SUR L EFFET DE SERRE... 7 Comment fabriquer du CO2?... 7 Comment fabriquer la boite pour simuler l effet de serre terrestre?.. 8 Pourquoi le CO2 est- il un problème?... 9 LA VOITURE ELECTRIQUE LA PILE A COMBUSTIBLE REVERSIBLE La pile à combustible : Comment fonctionne- t- elle? Comment fabriquer le dioxygène et le dihydrogène? Pourquoi utiliser les panneaux solaires à La Réunion? Fonctionnement d un panneau photovoltaïque LA MISE EN MARCHE DU MOTEUR Le circuit de contrôle avance/recule de la voiture : Représentation de la voiture : IDEES POUR AMELIORER LA MAQUETTE DE LA VOITURE REMERCIEMENTS BIBLIOGRAPHIE

3 Partie 1 : En quoi une voiture à essence pollue? 3

4 Composant relâché par un moteur à essence. Le gaz issu du pot d échappement. I Expérience : On a récupéré le gaz issu d un pot d échappement d une voiture à essence dans un flacon. On a mis de l eau de chaux dans deux tubes à essais dont un sert de témoin. Dans l autre, on a transféré le gaz issu du pot d échappement à l aide d un tuyau et d une seringue. I Schéma : 4

5 Observation : On observe un précipité blanc qui se forme dans le tube à essai test. ð Conclusion : On vient de vérifier que la voiture rejette du dioxyde de carbone. D où vient ce dégagement de CO 2? Le fonctionnement d un moteur à essence : 1) Le piston descend. Un mélange d air et d essence arrive à l intérieur du piston. 2) Le piston remonte et il y a compression du mélange. Il y a une étincelle, le mélange s enflamme. Il se produit une combustion : il se forme du dioxyde de carbone et la vapeur d eau. 5

6 3) Puis le piston redescend : il y a une détente du gaz qui s est formé. 4) Le piston remonte, le gaz s échappe par le pot d échappement. ð Bilan de la combustion : Air + Essence à Dioxyde de Carbone + Vapeur d eau 6

7 L impact du CO 2 sur l effet de serre Comment fabriquer du CO 2? I Expérience : On a mis de l acide dans l erlenmeyer puis on a ajouté la craie. On a rebouché l erlenmeyer à l aide d un tube à dégagement, de l autre côté du tube on a mis un tube à essai contenant de l eau de chaux. I Schéma : Observation : Le mélange dans l erlenmeyer est effervescent. Le gaz passe dans le tube à dégagement et barbotte dans l eau de chaux qui se trouble. ð Conclusion : On vient de fabriquer du dioxyde de carbone en faisant réagir de l acide sur de la craie. ð Bilan de la transformation chimique : Craie + Acide à Dioxyde de carbone + Eau 7

8 Comment fabriquer la boite pour simuler l effet de serre terrestre? On a choisi des boites à chaussures comme support pour représenter l effet de serre sur la terre : - le plastique représente l atmosphère qui va permettre de piéger la chaleur comme le fait l atmosphère ; - le canson gris représente le sol qui absorbe le rayonnement solaire et réémet sous forme de chaleur ; - le soleil est représenté par la lampe. 8

9 Pourquoi le CO 2 est-il un problème? I Expérience : On utilise deux boites : - Une pour présenter l effet de serre pour une atmosphère classique qui nous servira de témoin. - Et l autre, qui représente l effet de serre aggravé par une atmosphère chargée en CO2 : grâce à la réaction chimique de la craie sur l acide, on produit le dioxyde de carbone en excès dans cette boite. Puis on a pris la température au cours du temps grâce au logiciel Orphy au moment où on met la lampe en marche, pour chacune des boites. I Schéma : Observations : 9

10 21,4 21,5 21,4 21,5 21,5 21,5 21,6 21,7 21,8 22,0 22,0 22,1 22,2 22,3 22,5 22,6 22,7 22,8 22,9 23,0 23,2 23,1 23,2 23,3 23,4 23,4 23,5 23,6 23,7 23,7 23,8 23,8 23,9 24,1 24,0 24,1 24,1 24,1 24,2 24,2 24,3 24,3 24,3 24,4 24,4 24,4 24,5 24,5 24,6 24,7 24,6 24,6 24,7 24,7 24,7 24,8 24,8 24,8 24,8 24,9 24,8 24,9 24,9 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,1 25,0 25,1 25,1 25,1 25,1 25,1 25,2 25,2 25,2 25,2 25,2 25,2 25,3 25,3 25,2 25,2 25,3 On observe que dans les deux cas la température augmente au cours du temps, pour atteindre un palier de température. Pour l effet de serre normal : on atteint une température de 26 C. Pour l effet de serre aggravé : on atteint une température de 27 C a T ( C) b -88, ð Conclusion : On remarque que la chaleur piégée est plus importante lorsqu il y a un excès de dioxyde de carbone : c est l une des causes du réchauffement climatique. C est pour cela que l on va essayer de construire la maquette d une voiture non polluante. Evolution de la température avec le temps T( C) sans CO2 CO2 CO2 25,1 26,3 1,22 4,9 % T( C) avec CO2 10 t (s)

11 Remarque : Nous avons eu quelques soucis concernant la reproductibilité de cette expérience. Il a fallut mettre la lampe proche du plastique : nous soupçonnons donc que le plastique n est pas le matériau idéal pour représenter l atmosphère. Solution : Nous avons pensé à remplacer le plastique par du verre. Voici l expérience améliorer qui devrait mieux fonctionner : Craie Eau de chaux Thermomètre Acquisition température 11

12 Partie 2 : La Voiture Electrique. 12

13 La pile à combustible réversible. La pile à combustible : Comment fonctionne-t-elle? La pile à combustible s explique en 4 étapes : Description : La pile à combustible se compose de plusieurs cellules électrochimiques qui sont composées de deux électrodes : - Une anode chargée négativement - Une cathode chargée positivement. Celles- ci sont séparées par un liquide conducteur appelé électrolyte. A l anode (- ): L anode de la pile est chargée en dihydrogène. C est là que les molécules de dihydrogène se dissocient. Les ions hydrogène H + se diffusent dans l électrolyte et les e - passe dans le métal (l électrode). 13

14 Réaction : H2 è 2H + + 2e - Le courant électrique : Quand les ions passent par l électrolyte, les électrons doivent passer dans les métaux qui constituent un circuit externe créant donc un courant électrique qui permet d alimenter une lampe ou un moteur. A la cathode (+): Les ions hydrogène et le dioxygène s unissent pour former l eau. Cette eau peut être récupérée. Réaction : O2 + 4H + + 4e - è 2H2O 14

15 Comment fabriquer le dioxygène et le dihydrogène? Par l électrolyse de l eau qui a lieu dans la pile à combustible réversible, on fabrique le dioxygène et le dihydrogène. I Expérience: On met de l eau déminéralisée dans la pile à combustible réversible où a lieu l électrolyse de l eau. Puis on branche celle- ci aux bornes du panneau solaire qui nous sert, en présence de soleil, de source de courant. I Schéma : 2 1 Observations : En 1 : On observe un dégagement de dihydrogène. Réaction : 2H + + 2e - è H2 En 2 : On observe un dégagement de dioxygène. Réaction : 2H2O è O2 + 4H + + 4e - Bilan : 2H2O è 2H2 + O2 15

16 ð Conclusion : On a fabriqué ainsi le dihydrogène et le dioxygène nécessaire à la pile à combustible. Pourquoi utiliser les panneaux solaires à La Réunion? En premier lieu, le taux d ensoleillement à La Réunion est élevé : il est de 1492 kwh/m 2 /an. A La Réunion, le système photovoltaïque est apparu au cours des années 90, mais a connu un réel essor ces dernières années. Les premières installations ont été posées en site isolé (Mafate) puis sur les autres communes de l île dont les habitations ne pouvaient disposer du raccordement électrique. Fin 2006, 641 systèmes sont posés en sites isolés. Depuis les années 90, plus de chauffe- eaux solaires ont été posés sur le territoire réunionnais. C est pour cela que nous avons choisi d utiliser l énergie solaire pour faire l électrolyse de l eau et recharger les réservoirs de gaz en dihydrogène et dioxygène. Fonctionnement d un panneau photovoltaïque. Le fonctionnement d un panneau photovoltaïque est simple. Il capte la lumière émanant des rayons du soleil et convertit l énergie solaire en énergie électrique. Contrairement aux idées reçues, c est bien la lumière et non la chaleur qui est utilisée pour produire l électricité. 16

17 La mise en marche du moteur. Le circuit de contrôle avance/recule de la voiture : Interrupteur double, double position Pour créer ce circuit, on a cherché à faire fonctionner le moteur dans un sens puis dans l autre en jouant sur un interrupteur double, double position. Ainsi, on peut faire avancer ou reculer la voiture à partir d une télécommande. 17

18 Représentation de la voiture : Intérieur : Etant donné la puissance que peut fournir le moteur, on n a pas pu créer la voiture avec un grand habitacle. Nous avons alors cherché à faire rouler la voiture en minimisant son poids. Sur le socle, on a placé les cuves à gaz et la pile à combustible réversible. Le moteur est placé sous le socle. Par des engrenages, il fait tourner un axe relié à deux roues. On a graissé les points de contact avec les axes des roues afin de minimiser les frottements. Enfin, le panneau solaire qui permet de recharger les gaz n est pas placé sur la voiture. 18

19 Carrosserie : Afin que notre véhicule ressemble un peu plus à une voiture, nous avons fabriqué sa carrosserie en papier afin de ne pas alourdir la masse de la voiture. Notre voiture écolo : Avantages/Inconvénients : La voiture ne rejette que de la vapeur d eau, elle ne pollue pas. Cependant, le dihydrogène utilisé est explosif. 19

20 Idées pour améliorer la maquette de la voiture. Pour améliorer la maquette de la voiture, on peut faire une carrosserie plus sophistiquée. On peut acheter une nouvelle pile à combustible pour pouvoir mettre un moteur plus puissant ainsi la voiture irait plus vite. Finalement, on peut penser à faire un habitacle avec des sièges qui ressemble plus à notre quotidien. 20

21 Remerciements Nous pouvons remercier M me PICHONNIÈRE Valérie, M me BONTEMPS Patricia, M me TSONG Vanessa et M. LUCAS Didier pour leurs aides sur le projet de la conduite écolo. Nous pouvons aussi remercier nos parents pour nous voir soutenu et encouragé tout le long du projet. Et surtout, nous pouvons remercier M elle DURAND Céline pour nous avoir fait aimer la physique et pour avoir fait preuve d autant de patience avec nous. Bibliographie. Science et Vie n 214 (Hors Série), 2001 Energie, Les défis à venir. Site internet : cea.fr 21

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